JP7421485B2 - System and method for determining container health by optical measurement - Google Patents
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Description
本開示は、容器の内部からのガス漏れの検出のために、容器の外表面を跨ぐ光学的測定を行うことよって、密閉容器の健全性を判定することに関する。本測定は、容器に機械力を及ぼすこと、および、容器の内部からのガス漏れの検出のために、容器の外表面を跨ぐ光学的測定を行うことを含む。特に、本開示は、パッケージ、袋、トレイなどの容器の非破壊式の漏れ試験に関する。 The present disclosure relates to determining the health of a closed container by making optical measurements across the outer surface of the container for the detection of gas leaks from the interior of the container. The measurements include applying a mechanical force to the container and taking optical measurements across the outer surface of the container to detect gas leakage from the interior of the container. In particular, the present disclosure relates to non-destructive leak testing of containers such as packages, bags, trays, etc.
密封容器の健全性の確認は、多くの産業環境において重要である。いくつかの例は、食品および医薬品などの製品のパッケージングの品質管理を含む。密封容器の健全性は、密封工程もしくはバリア材料における欠陥によって、または、生産工程もしくは出荷中の損傷のため、損なわれることがある。健全性は、たとえば、容器の内部のパッケージの内容物を保つため、容器の内部の予め充填された任意のガスを所望のレベルに保つため、および、外部の雰囲気ガスが容器に入ることを防ぐためなどの、いくつかの理由のために重要である。後の2点は、容器の内容物の劣化を防ぐために、非常に重要であることがある。たとえば、酸素または水蒸気(湿気)のレベルは、多くの場合、製品の貯蔵寿命を決定する。容器における漏れを検出することに対する他の動機付けは、たとえば、水を含むが、限定されず、液体、バクテリア、ウイルス、および、他のバイオ剤などの他の物質に対する、容器の健全性を確認することにある。ガス系の漏れ検出を用いることにより、これらの他の物質に対する健全性に関する、漏れの大きさの測定、または、健全なパッケージの保証を得ることができる。 Verifying the integrity of sealed containers is important in many industrial environments. Some examples include quality control of packaging for products such as food and pharmaceuticals. The integrity of a sealed container may be compromised by defects in the sealing process or barrier material, or due to damage during production or shipping. Healthiness includes, for example, keeping the contents of the package inside the container, keeping any prefilled gas inside the container at a desired level, and preventing external atmospheric gases from entering the container. It is important for several reasons, including: The latter two points can be very important in order to prevent the contents of the container from deteriorating. For example, oxygen or water vapor (humidity) levels often determine the shelf life of a product. Other motivations for detecting leaks in containers include, for example, verifying the integrity of the container against other substances such as liquids, including but not limited to water, bacteria, viruses, and other biological agents. It's about doing. Gas-based leak detection can be used to measure leak size or ensure package integrity with respect to these other substances.
容器の健全性を確認するためのいくつかの手段が、当該技術分野において知られている。たとえば、可撓性の容器は、内部ガスの圧力の抵抗を確認するために、機械力を受けることがある。しかしながら、この方法は、典型的には、小さな漏れの検出には適しておらず、容器を損傷させるおそれも伴う。いくつかの種類の容器は、異常を検出するために、自動ビジョンシステム(automated vision system)によって検査することができるが、これもまた、小さな漏れを検出し得ず、この方法は、特定の種類の容器に限られる。小さな漏れは、顔料、または、ヘリウムなどの追跡ガスを用いる貫入試験(penetration tests)によって検出され得るが、このような試験は、多くの場合、破壊式である。別の方法は、たとえば、真空チャンバの中に容器を配置するか、または、大気もしくは他のガスにより、容器に過剰圧力を加えるか、または、これらの技術を組み合わせることにより、外部雰囲気において、容器を外的変動に晒すことがある。この方法については、漏れが存在する場合に、たとえば、一連の外部ガスまたはガス成分の変動として変化し得る1つまたは複数のパラメータを制御または測定することにより、容器の漏れを検出するためのいくつかの付加的な手段が必要とされる。別の例として、容器が、通常の空気中に大きな濃度では存在しないガス種を含む場合、ガス検出器は、ガス種の存在を検出するために、試験チャンバ中に(または、その出口に)配置され、漏れを示す。 Several means are known in the art for verifying the integrity of a container. For example, a flexible container may be subjected to mechanical forces to check the resistance of internal gas pressure. However, this method is typically not suitable for detecting small leaks and also carries the risk of damaging the container. Some types of containers can be inspected by automated vision systems to detect abnormalities, but this too may not detect small leaks and this method limited to containers. Small leaks can be detected by penetration tests using pigments or tracer gases such as helium, but such tests are often destructive. Another method is to remove the container in an external atmosphere, for example by placing the container in a vacuum chamber or by overpressuring the container with atmospheric air or other gases, or by combining these techniques. may be exposed to external fluctuations. This method describes how to detect a leak in a container by controlling or measuring one or more parameters that may vary, for example, as a series of external gases or variations in gas components, when a leak is present. Additional measures are required. As another example, if the container contains a gas species that is not present in significant concentrations in normal air, a gas detector may be installed in the test chamber (or at its outlet) to detect the presence of the gas species. placed and indicating a leak.
品質管理のためのパッケージの内部のガスの非破壊式の光学的検出は、欧州特許出願第10720151.9号明細書(Svanberg et al.)に開示されている。漏れを示す目的のために、パッケージの頭隙におけるガスの光学的検出の原理は、当該技術分野において知られている。この方法は、パッケージの内部のガスが、漏れを通じた周囲雰囲気との反応により、想定ガス成分から外れ得ることに基づく。しかしながら、通常雰囲気において、小さな漏れについて、パッケージの内部で検出可能なガス成分の変移があるまでには、非常に長い時間が掛かることがあり、多くの状況において、この方法を非実用的にしている。 Non-destructive optical detection of gases inside a package for quality control is disclosed in European Patent Application No. 10720151.9 (Svanberg et al.). The principles of optical detection of gas in the head space of a package for the purpose of indicating leaks are known in the art. This method is based on the fact that the gas inside the package can deviate from the expected gas composition due to reaction with the surrounding atmosphere through leakage. However, in normal atmosphere, for small leaks it can take a very long time before there is a detectable shift in gaseous components inside the package, making this method impractical in many situations. There is.
密封容器の内部のガス成分/圧力の光学的測定に基づく、容器の健全性のより速い判定は、国際公開第2016/156622号によって取り扱われている。ここでは、容器は、ガスの濃度/圧力の強制的な変化を有する周囲に晒され、これにより、漏れが存在する場合、欧州特許出願第10720151.9号明細書において観測される自然的な変化に比べて、容器の内部のより速い変化を引き起こす。 A faster determination of container health based on optical measurements of gas composition/pressure inside a sealed container is addressed by WO 2016/156622. Here, the container is exposed to an environment with forced changes in the concentration/pressure of the gas, which causes the natural changes observed in European Patent Application No. 10720151.9 if a leak is present. causes faster changes inside the container compared to
別の方法は、漏れたガスが抽出および検出されるガス検出セルを用いることである。この方法による欠点は、たとえば、検出のための時間、システムの複雑性、高コスト、ガスが薄められること、漏れを検出することができるためには、大量の漏れたガスが要求されることである。 Another method is to use a gas detection cell where the leaking gas is extracted and detected. Disadvantages of this method include, for example, the time for detection, the complexity of the system, the high cost, the dilution of the gas, and the large amount of leaked gas required to be able to detect the leak. be.
前述される当該技術分野における方法のいずれも、漏れを検出するには適していない。その一例は、直列式(in-line)の測定用であり、それゆえ、このような容器における漏れを検出するための改善された新規の装置および方法は、有利である。 None of the methods in the art mentioned above are suitable for detecting leaks. One example is for in-line measurements; therefore, new and improved devices and methods for detecting leaks in such containers would be advantageous.
したがって、本開示の実施形態は、好ましくは、容器の少なくとも1つの側部の外表面の上方で送信される光によって密閉容器の健全性を非破壊的に判定するための、添付される特許請求の範囲に係るシステムまたは方法の単独または任意の組み合わせによって、上記のような当該技術分野における1つまたは複数の欠陥、不利な点、または問題を軽減するか、緩和するか、または排除することを目的とするものである。 Accordingly, embodiments of the present disclosure preferably provide a method for non-destructively determining the health of a closed container by light transmitted above the outer surface of at least one side of the container, as claimed in the appended claims. The aim of the invention is to reduce, alleviate, or eliminate one or more deficiencies, disadvantages, or problems in the art as described above by any one or in any combination of systems or methods within the scope of the present invention. This is the purpose.
本開示の一態様では、少なくとも1つのガスを含む密閉容器の健全性を判定する方法が、説明される。当該方法は、容器の少なくとも1つの側部に機械力を加えること、および、光センサを用いて、容器の少なくとも1つの側部の外表面の少なくとも一部を跨ぐ光信号を送信することを含んでもよい。光センサは、容器の内部の少なくとも1つのガスに感応してもよい。 In one aspect of the present disclosure, a method of determining the health of a closed container containing at least one gas is described. The method includes applying a mechanical force to at least one side of the container and using an optical sensor to transmit an optical signal across at least a portion of an outer surface of at least one side of the container. But that's fine. The optical sensor may be sensitive to at least one gas inside the container.
当該方法はさらに、送信される光信号を検出すること、および、検出される送信される光信号に基づいて、容器の内部の少なくとも1つのガスのレベルが、容器の外部を変化させたかを判定することを含む。 The method further includes detecting the transmitted optical signal and determining, based on the detected transmitted optical signal, whether the level of the at least one gas inside the container has changed outside the container. including doing.
当該方法のいくつかの例では、光センサは、光源および検出器であってもよい。光は、光源と検出器との間で送信され、検出される光信号は、波長可変ダイオードレーザ吸収分光(Tunable diode laser absorption spectroscopy)信号などの吸収信号であってもよい。 In some examples of the methods, the optical sensor may be a light source and a detector. Light is transmitted between a light source and a detector, and the detected optical signal may be an absorption signal, such as a Tunable diode laser absorption spectroscopy signal.
当該方法のいくつかの例は、力が、ローラまたはグライダなどの変形部材を用いて加えられることを含む。 Some examples of such methods include the force being applied using a deformable member such as a roller or a glider.
当該方法のいくつかの例では、容器が、バッグまたはトレイなどのMAP食品パッケージであってもよい。 In some examples of such methods, the container may be a MAP food package, such as a bag or tray.
当該方法のいくつかの例では、コンベアベルトなどの直列式で、容器の健全性を判定することを含んでもよい。 Some examples of such methods may include determining the health of the containers in series, such as on a conveyor belt.
当該方法のいくつかの例は、窒素(N2)などの中性ガスを用いて、光信号の送信間または光信号の送信中に、容器の周囲を充填することを含む。 Some examples of such methods include filling the perimeter of the container with a neutral gas, such as nitrogen ( N2 ), during or during the transmission of the optical signal.
開示される方法のいくつかの例では、測定されるガスは、二酸化炭素(CO2)であってもよい。 In some examples of the disclosed methods, the gas measured may be carbon dioxide ( CO2 ).
当該方法のいくつかの例は、漏れガスを光信号に移送するために、パッケージの周囲に流れを生成するように、ガスを導入することを含んでもよい。 Some examples of such methods may include introducing a gas to create a flow around the package to transport the leaking gas to the optical signal.
本開示のさらなる態様では、少なくとも1つのガスを含む密封容器の健全性を判定するためのシステムが、開示される。当該システムは、容器の少なくとも1つの側部に機械力を加えるための部材または装置、少なくとも1つのガスに感応する光センサを含む。センサは、容器の少なくとも1つの側部の外表面の少なくとも一部を跨いで光信号を送信するように構成されてもよい。 In a further aspect of the present disclosure, a system for determining the health of a sealed container containing at least one gas is disclosed. The system includes a member or device for applying a mechanical force to at least one side of the container, at least one gas-sensitive optical sensor. The sensor may be configured to transmit an optical signal across at least a portion of the outer surface of at least one side of the container.
当該システムはさらに、検出される送信される光信号に基づいて、容器の内部の少なくとも1つのガスのレベルが、容器の外部を変化させたかを判定するための制御ユニットを備える。 The system further comprises a control unit for determining whether the level of the at least one gas inside the container has changed outside the container based on the detected transmitted optical signal.
開示されるシステムのいくつかの例では、当該部材は、ローラまたはグライダなどの変形部材であってもよい。 In some examples of the disclosed systems, the member may be a deformable member such as a roller or a glider.
開示されるシステムのいくつかの例では、ポンプまたはファンに接続される孔などの、抽出器または吸引部材が、光センサに隣接する少なくとも1つのガスの濃度を増加させるために、センサに近接して配置されてもよい。 In some examples of the disclosed systems, an extractor or suction member, such as a hole connected to a pump or fan, is proximate the sensor to increase the concentration of at least one gas adjacent the optical sensor. It may be arranged as follows.
開示されるシステムのいくつかの例では、光センサに隣接する前記少なくとも1つのガスの濃度を増加させるために、屋根が、センサの上方に配置されてもよい。 In some examples of the disclosed systems, a roof may be placed above the optical sensor to increase the concentration of the at least one gas adjacent the optical sensor.
開示されるシステムのいくつかの例は、容器の異なる側部に配置される2つ以上のセンサを含んでもよい。 Some examples of the disclosed systems may include two or more sensors located on different sides of the container.
開示されるシステムのいくつかの例では、光が、容器の表面を複数回跨いで通過するように、ミラーなどの光学系を用いて、曲げられてもよい。 In some examples of the disclosed systems, the light may be bent using optical systems such as mirrors to pass over the surface of the container multiple times.
開示されるシステムのいくつかの例では、光が、容器の2以上の表面の上方を通過するように、ミラーなどの光学系を用いて、曲げられてもよい。 In some examples of the disclosed systems, light may be bent using optical systems such as mirrors to pass over two or more surfaces of the container.
開示されるシステムのいくつかの例では、測定されるガスは、二酸化炭素(CO2)であってもよい。 In some examples of the disclosed systems, the gas measured may be carbon dioxide ( CO2 ).
開示されるシステムのいくつかの例は、漏れガスを光信号に移送するために、パッケージの周囲に流れを生成するように、ガスを導入するように構成される装置を含んでもよい。 Some examples of the disclosed systems may include a device configured to introduce gas to create a flow around the package to transport leaking gas to the optical signal.
公知のシステムおよび方法と比べて、開示されるシステムおよび方法のいくつかの有利な点は、より少ない部品および/または検出プロセスでのステップしか要求しないので、開示されるシステムが、公知のシステムおよび方法よりも複雑となり得ないことである。漏れを検出するための応答が向上させることができ、検出されるガスからの信号が増大させることができ、漏れ検出の感度を向上させることができる。 Some advantages of the disclosed system and method over known systems and methods include that the disclosed system requires fewer parts and/or steps in the detection process; It cannot be more complicated than the method. The response for detecting leaks can be improved, the signal from the detected gas can be increased, and the sensitivity of leak detection can be improved.
説明されるセンサの配置は、漏れがパッケージのどこに位置するかを検出するためにも用いられてもよい。 The described sensor arrangement may also be used to detect where leaks are located in the package.
開示される方法およびシステムは、周囲ガスおよび周囲環境によっても影響を受けてもよい。 The disclosed methods and systems may also be influenced by ambient gas and environment.
「備える/含む」という用語は、明細書において用いられるときに、記載される特徴、整数、または要素の存在を明示しているとみなされるが、1つまたは複数の他の特徴、整数、要素、またはこれらの群の存在または付加を排除するものではないことが、強調されるべきである。 The term "comprising" when used in the specification is deemed to indicate the presence of the described feature, integer or element, but one or more other features, integers or elements. , or the existence or addition of these groups is not excluded.
本開示の具体例が、添付図面を参照して、ここに説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書において記載される例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの例は、本開示が、本開示の範囲を当業者に、徹底的かつ完全に、および十分に伝わるように、提供されている。 Examples of the present disclosure will now be described with reference to the accompanying drawings. However, this disclosure may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the examples set forth herein. Rather, these examples are provided so that this disclosure will be thorough, complete, and fully convey the scope of the disclosure to those skilled in the art.
以下の開示は、容器の内部からのガス漏れの検出のために、容器の外表面を跨いで光学的測定を行うことで、容器の健全性を判定することに適用可能である本開示の例に焦点を当てている。測定は、容器に機械力を及ぼし、容器の内部からのガス漏れの検出のために、容器の外表面を跨いで光学的測定を行うことを含んでもよい。本開示は、パッケージ(packages)、バッグ(bags)、トレイ(trays)などの密閉容器の非破壊漏れ検査に関する。たとえば、開示されるシステムおよび方法は、密閉パッケージまたは容器からの漏れの検出を改善するために、用いることができる。しかしながら、この説明が、この用途に限定されず、密閉容器の健全性を判定するために必要である、他の多くのシステムに適用され得ることは、当業者に理解されるであろう。 The following disclosure is an example of this disclosure that is applicable to determining the health of a container by making optical measurements across the outer surface of the container for the detection of gas leaks from the interior of the container. is focused on. The measurements may include applying a mechanical force to the container and taking optical measurements across the outer surface of the container for detection of gas leaks from the interior of the container. The present disclosure relates to non-destructive leak testing of closed containers such as packages, bags, trays, etc. For example, the disclosed systems and methods can be used to improve the detection of leaks from closed packages or containers. However, it will be understood by those skilled in the art that this description is not limited to this application, but can be applied to many other systems needed to determine the health of closed containers.
容器は、少なくとも1種類のガスを含む密閉バッグまたは密閉トレイであってもよい。いくつかの例は、調整雰囲気(modified atmosphere)を有する容器(MAP)であってもよい。調整雰囲気は、たとえば、食品パッケージ、薬剤などの貯蔵寿命を向上させるために、パッケージにおいて一般的に用いられる。一般的に用いられるガスは、酸素(O2)量を低下させるための二酸化炭素(CO2)または窒素(N2)である。これは、好気性生物(aerobic organisms)の成長を鈍化させ、酸化反応を防止するために行われる。それゆえ、これらのパッケージを監視し、たとえば、パッケージング中に、漏れがないように確認することは、重要である。二酸化炭素(CO2)および酸素(O2)とは別に、容器および製品によっては、他のガスも同様に、監視することができる。 The container may be a closed bag or tray containing at least one gas. Some examples may be a container with a modified atmosphere (MAP). Modified atmospheres are commonly used in packaging, for example, to improve the shelf life of food packaging, pharmaceuticals, and the like. Commonly used gases are carbon dioxide (CO 2 ) or nitrogen (N 2 ) to reduce the amount of oxygen (O 2 ). This is done to slow down the growth of aerobic organisms and prevent oxidative reactions. Therefore, it is important to monitor these packages and check for leaks, eg, during packaging. Apart from carbon dioxide (CO 2 ) and oxygen (O 2 ), depending on the container and the product, other gases can be monitored as well.
図1は、図3A~3Fに係る光センサの実施形態60の模式例を示している。図中において、光源210は、容器200の上表面などの外表面201を超えて跨ぐように、光信号212を検出器211に送信する。
FIG. 1 shows a schematic example of an
これらの例において、変形具などの機械部材または装置220が、容器200の少なくとも1つの側部に力を加えるために用いられる。加えられる力は、ある程度まで容器200を変形させてもよい。容器200の変形により、容器200の内部のガス231が、存在し得る孔またはクラック230を通じて漏れ出すことがある。機械部材220を用いる際に、任意の孔またはクラック230から漏れ出し得るガス231の量は、自然に漏れ出す量よりも多くなることがある。これにより、パッケージの内容物またはパッケージの内容物の一部であり得る、異物の混入による、孔、クラック、不良の接合または接着された封止部または縫合部、パッケージの破れによって、容器からの漏れがあることを検出するか、または表示を受け取る機会を改善する。
In these examples, a mechanical member or
図面において、ローラ220は、容器200の上側部201に力を加えるために用いられる。ローラ220は、容器200が機械部材220の下方で通過するか、または機械部材220が容器200の上方で移動することを容易にする。代替的に、機械部材220は、容器200に対して低い摩擦力を有するように取り扱われように、梁(beam)または板などのグライダであってもよい。
In the drawings,
代替的に、いくつかの例では、機械部材220は、測定中に、容器200の側部2001を一時的に押圧してもよい。押圧は、容器200が、たとえば、コンベアベルトに沿って移動している間に、振動するように行われてもよい。
Alternatively, in some examples,
代替的に、いくつかの例では、機械部材220を用いずに、空気などのガスの噴流が、容器200の側部201に力を加えるために、用いられてもよい。
Alternatively, in some examples, a jet of gas, such as air, may be used to apply a force to
代替的に、容器200の上側部201に押圧するのではなく、図1、2A、および2Bに示されるように、力が、容器200の任意の1つの側部または複数の側部に加えられてもよい。
Alternatively, rather than pressing against the
ローラ、グライダ、もしくは押圧器などの機械部材によって、または、ガスの噴流によってのいずれかで、容器の側部に加えられる力は、存在し得る任意の孔を通じて内部ガスを出させられる容器を一時的に変形させる。これは、容器の外部の漏れたガスの濃度を増加させ、これにより、システムの感度を向上させ得る信号を増大させ、これにより、他の方法で検出し得るよりも、小さい孔からの漏れの検出率を改善させる。 A force applied to the side of the container, either by a mechanical member such as a roller, glider, or pusher, or by a jet of gas, temporarily forces the container to vent its internal gas through any holes that may be present. to transform. This increases the concentration of leaked gas outside the vessel, thereby increasing the signal which may improve the sensitivity of the system, thereby making it more likely that leaks from smaller holes would be detected than would otherwise be detected. Improve detection rate.
図1に示される模式的な例では、容器200は、センサ、および、容器200を変形させるために用いられる機械部材220に対して、移動してもよい。容器200は、たとえばコンベアベルトによって移動してもよい。代替的に、容器200は、機械部材220およびセンサが容器200に対して移動している間、固定される。
In the schematic example shown in FIG. 1, the
付加的および/または代替的に、いくつかの例では、抽出器部材または吸引部材(図示せず)が、センサのレーザ光線212に隣接して配置されてもよい。いくつかの例では、抽出器部材または吸引部材は、レーザ光線212、および、容器200を変形させるために機械部材220の両方に隣接して配置されてもよい。
Additionally and/or alternatively, in some examples, an extractor member or suction member (not shown) may be positioned adjacent the
抽出器部材または吸引部材は、センサに近接する容器200から漏れたガス231の濃度を増大させるために用いられもよく、これにより、システムの感度の向上に導く信号を増大させる。向上した感度は、より小さい孔またはクラック230を検出することを可能にするが、検出をより速くもする。
An extractor or suction member may be used to increase the concentration of
抽出器部材または吸引部材は、容器200に向く側に沿って配置される空洞(lumen)または孔を有する梁(beam)またはチューブから作製されてもよい。空洞は、ポンプ、ファン、または抽出器に接続されてもよく、用いられる際に、ポンプ、ファン、または抽出器は、孔を通じて空気を吸い込む。容器200における孔またはクラック230から漏れた任意のガス231は、センサの光線経路において漏れたガスの濃度を増大させる抽出器部材または吸引部材に引き寄せられ、これにより、信号を増大させる。
The extractor member or suction member may be made from a beam or tube with a lumen or hole arranged along the side facing the
図2Aおよび図2Bは、システムの検出率および感度をさらに向上させるための実施形態70、80の2つの異なる模式的な例を示している。向上は、光源310と検出器311との間で送信される光線312の上方に、屋根(roof)、遮蔽体(screen)、覆い体(cap)、または丸屋根(dome)321を加えるにより達成される。屋根、遮蔽体、覆い体、または丸屋根312は、光線312に隣接するクラックの孔330から漏れたガス331の濃度を増大させることができる。
2A and 2B show two different schematic examples of
付加的に、いくつかの例では、屋根、遮蔽体、覆い体、丸屋根312は、容器300の1つの側部301に力を加えるために用いられる機械部材または装置320とともに用いられてもよい。
Additionally, in some examples, a roof, shield, cover,
図2Aに示される例では、屋根、遮蔽体、覆い体、または丸屋根321は、容器300の側部301の全体を覆うように配置される。光線312が、容器300の外表面301を跨いで送信されることを可能にするために、屋根、遮蔽体、覆い体、または丸屋根321は、孔322とともに設けられてもよい。
In the example shown in FIG. 2A, a roof, shield, covering, or
図2Bに示される例では、屋根、遮蔽体、覆い体、または丸屋根321は、光線の上方で局所的に配置される。
In the example shown in FIG. 2B, a roof, shield, covering, or
屋根、遮蔽体、または覆い体321は、図3Aおよび3Bに示される曲がった形状のほかに、任意の適切な形状を有してもよく、屋根、遮蔽体、または覆い体321は、たとえば、ドーム形状または平坦であってもよい。 The roof, shield, or covering 321 may have any suitable shape besides the curved shape shown in FIGS. 3A and 3B, and the roof, shield, or covering 321 may have, for example: It may be dome shaped or flat.
図1、2Aおよび2Bに示されるような配置の実施形態は、パッケージが、コンベアベルトに沿って移動する間に、非直列式または直列式で行われてもよい。実施形態は、いくつかの例では、容器がセンサに対して移動するのではなく、センサが容器に対して移動するものであってもよい。 Embodiments of arrangement as shown in FIGS. 1, 2A and 2B may be performed in a non-serial or serial manner while the packages are traveling along a conveyor belt. Embodiments may, in some examples, be such that the sensor moves relative to the container, rather than the container moving relative to the sensor.
付加的に、いくつかの例では、容器の周囲は、光信号の送信間または光信号の送信中に、窒素(N2)などの中性ガスで充填されてもよい。測定間で中性ガスを充填する際には、周囲は、測定を妨害し得る任意のガスから浄化することができる。したがって、感度は、増大し得る。 Additionally, in some examples, the periphery of the container may be filled with a neutral gas, such as nitrogen ( N2 ), during or during the transmission of the optical signal. When filling with neutral gas between measurements, the surroundings can be purified from any gases that could interfere with the measurements. Therefore, sensitivity may be increased.
測定中に、一定の流量を有する充填など、容器の周囲に中性ガスを適用する際には、測定のバックグラウンド(background)は、低い。したがって、漏れたガスは、より検出され易くなることがあり、これにより、感度は、増大する。 When applying a neutral gas around the container during the measurement, such as filling with a constant flow rate, the background of the measurement is low. Therefore, leaked gas may be more easily detected, thereby increasing sensitivity.
図示される例では、容器からの漏れがあるかを判定するために、吸収が測定される。代替手段は、検出される光信号が分散スペクトル(disperse spectra)または励起スペクトル(excitation spectra)である、レーザ誘起蛍光(laser induced fluorescence)に基づく光センサを用いてもよい。構成は類似するが、光源は、検出器が蛍光信号を検出するために移動する間に、光線遮蔽器(beam blocker)で終端するパルスレーザであってもよい。代替的な構成は、光学系がレーザ光線を容器の側部の全体を覆い得る面に形成するために用いられる平面レーザ誘起蛍光(planar laser-induced fluorescence)であってもよい。 In the illustrated example, absorption is measured to determine if there is a leak from the container. Alternatives may use optical sensors based on laser induced fluorescence, where the optical signal detected is a disperse spectra or an excitation spectra. Although the configuration is similar, the light source may be a pulsed laser terminated with a beam blocker while the detector moves to detect the fluorescent signal. An alternative configuration may be planar laser-induced fluorescence, where an optical system is used to form the laser beam onto a surface that may cover the entire side of the container.
図3A~3Fは、機械力を加える間に、システムまたは方法において用いられる、光センサの例示的な構成を示している。 3A-3F illustrate example configurations of optical sensors used in systems or methods during application of mechanical force.
図3Aは、密閉容器100からの漏れがあるかを判定するための光センサの模式的で例示的な構成10を示している。
FIG. 3A shows a schematic
光センサは、レーザなどの光源110と、検出器111とを含む。光源は、白色光源であってもよく、または、ダイオードレーザ、半導体レーザなどの少なくとも1つのレーザ光源であってもよい。光源のために用いられる波長または波長域は、容器100の内部の少なくとも1種類のガスの吸収スペクトル(absorption spectra)に適合するように選択される。検出器111は、光源110の波長または波長域を検出し得るものから選択される、たとえば、フォトダイオード、光電増倍器、CCD検出器、CMOS検出器、InGaAs検出器であってもよい。
The optical sensor includes a
光源110は、容器100の側部の外表面101の一部を少なくとも跨ぐ光信号112を送信する。光信号112は、外表面101に隣接するか、または、外表面101の上方で、ある間隔をおいてなど、外表面101の上方で送信される。光信号112は、横切るなどで外表面101を跨いで一側方から一側方に、または、外表面101の対角線などである角度で、または、外表面101に沿うように、送信されてもよい。光センサは、容器100の上方で、容器の側部に沿って、または、容器の下方で、光信号112を送信してもよい。
The
図3Bは、別の角度からの図3Aにおける光センサの模式的な構成10を示している。
FIG. 3B shows the
代替的に、図3Aおよび3Bに示される構成について、光源110および検出器111は、同じ側に配置されてもよく、光は、光源110および検出器111と反対に配置される、ミラーなどの反射素子で反射される光信号112を有することにより、外表面101を二度跨ぐように送信されてもよい。
Alternatively, for the configuration shown in FIGS. 3A and 3B,
図3Cは、光センサのさらなる構成20を示している。この例では、光信号112は、容器100の3つの側部の3つの外表面101、102、103を跨いで光源110から検出器111に送信される。光信号112は、この例では、ミラーなどの反射素子113a、113bにより曲げられる。1つの反射素子113a、113bを用いることだけによって、光信号112は、図示されるような3つの外表面ではなく、2つの外方面を跨いで送信されてもよい。代替的に、図3Dにおいて、第3の反射部材113cを加えることによる、光センサのさらなる構成30で示されるように、光信号112は、容器100の4つの外表面を跨いで送信されてもよい。
FIG. 3C shows a
付加的および/または代替的に、ミラー、ビームスプリッタ、およびプリズムなどの、異なる光素子による、いくつかの例では、光信号112は、容器100のさらなる外表面を跨いで送信されてもよい。これはまた、さらなる検出器の使用を含んでいてもよい。
Additionally and/or alternatively, the
図3Eは、光センサのさらなる模式的な構成40を示しており、構成40では、光信号112が光源110から検出器111に送信される。光信号112は、図示された例では、容器100の外表面110を跨いで反射される光線を有するように、2つの反射素子113a、113bを用いて曲げられる。外表面101を二度跨いで送信される光信号112を有するために、ただ1つの反射素子が用いられる、他の構成が、可能である。
FIG. 3E shows a further
代替的に、3以上の反射素子113a、113bが、4回以上、外表面101を跨いで送信される光を有するために、用いられ得る。
Alternatively, three or more
図3Fは、構成50の模式的な例を示しており、構成50では、2つのセンサが、容器100の2つの外表面に及ぶように用いられている。第1の光センサは、容器100の第1の外表面101を跨ぐ光信号112を送信する光源110を含む。第2の光センサは、容器100の第2の外表面102を跨ぐ光信号116を送信する光源114および検出器111を含む。付加的な光センサが、容器100のさらなる外表面に及ぶように、用いられ得る。
FIG. 3F shows a schematic example of an
図3A~3Fで与えられる例では、測定は、波長可変ダイオードレーザ吸収分光(Tunable diode laser absorption spectroscopy)などの吸収分光(absorption spectroscopy)に基づく。ガス信号の変化が、容器の内部の少なくとも1種類のガスと合致して検出されると、その容器は、一定の閾値によって与えられる漏れがあると見做される。漏れは、トレイの端部またはバッグの開口部に対する薄片(foil)などの、不良の接合または接着された封止部または縫合部によるものであることがある。容器の内部の種類が、二酸化炭素(CO2)などのように、周辺バックグラウンド(ambient background)に存在する場合、バックグラウンド(background)と比べて、CO2の吸収ピークの増加は、容器が漏れていることを示すことがある。 In the examples given in Figures 3A-3F, the measurements are based on absorption spectroscopy, such as Tunable diode laser absorption spectroscopy. If a change in the gas signal is detected consistent with at least one gas inside the container, the container is considered leaky given by a certain threshold. Leakage may be due to poor joints or glued seals or sutures, such as foils to the edges of the tray or the opening of the bag. If the species inside the container is present in the ambient background, such as carbon dioxide (CO 2 ), an increase in the absorption peak of CO 2 compared to the background will indicate that the container is This may indicate a leak.
図4は、構成90の模式的な例を示しており、構成90では、たとえば空気または窒素などの付加的なガスの流れ501が、パッケージ500における漏れ位置から、光源510と検出器511との間で送信される光線512への、ガス移送を増大させるために導入されている。この例では、光線512は、パッケージの上方を通過する。代替的に、図3A~3Fに関して説明される任意の構成が用いられてもよい。たとえば、漏れがパッケージ500の底側部にある場合、漏れガスが光線512に届くのを促進するために、ガスの流れ501を下方から導入することは、有益であることがある。導入されるガス流501は、光線512に向かって、および、光線512を通って、パッケージ512の表面を跨ぐ、層流、または、乱流、または、それらの間の混合であり得る流れを生成してもよい。ガスの導入は、この例示的な図では、排気口として機能する、表面を跨ぐ多数の小さな孔に備える装置502を通じて行われる。装置は、ガス給気口503に接続され得る。ガス導入はまた、たとえば、単一の吐出ノズルまたは多孔質材料などによる、他の方法で行われてもよい。ガス導入はまた、パッケージの他の側部で発生してもよい。
FIG. 4 shows a schematic example of an
この構成90の有利な点は、漏れガスを光線501に移送することを促進することである。これは、漏れガスに関する信号を増大させることができる。
An advantage of this
図4に示される構成90は、図1、2A、および2Bに関して説明されるように、パッケージ500に機械力を加えるための部材または装置とともに、用いられてもよい。
The
本明細書で開示されるシステムはさらに、容器の内部の少なくとも1つのガスのレベルが、検出される送信される光信号に基づいて、容器の外部を変化させたかを判定するための制御ユニットを含んでもよい。本明細書で説明される、すべての判定または計算は、検出器に接続される制御ユニットまたはデータ処理装置(図示せず)によって、実行されてもよい。制御ユニットは、データ処理装置であってもよく、1つまたは複数の汎用用途または特定用途の演算装置において実行される、特定用途のソフトウェア(または、ファームウェア)によって実装されてもよい。本明細書において、このような演算装置のそれぞれの「要素」または「手段」は、方法ステップの概念的な等価物を指し、要素/手段とハードウェアまたはソフトウェアのルーチンの特定の部分との間では、必ずしも1対1の対応はしないと理解されるべきである。ハードウェアの一部は、異なる手段/要素を備える。たとえば、処理ユニットは、1つの指示を実行する際に、1つの要素/手段として機能するが、別の指示を実行する際に、別の要素/手段として機能する。さらに、1つの要素/手段は、いくつかの場合において、1つの指示によって実行されてもよいが、いくつかの他の場合において、複数の指示によって実行されてもよい。このようなソフトウェア制御の演算装置は、たとえば、CPU(「中央処理装置」)、DSP(「デジタル信号処理装置」)、ASIC(「特定用途向け集積回路」)、個別のアナログおよび/またはデジタル素子、または、FPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)などのいくつかの他のプログラム可能な論理装置などの、1つまたは複数の処理ユニットを含んでいてもよい。データ処理装置10はさらに、システムメモリを含む様々なシステム素子を処理ユニットに結合させるシステムメモリおよびシステムバスを含んでいてもよい。システムバスは、任意の様々なバス構成を用いる、メモリバスまたはメモリ制御装置(controller)、周辺バスおよびローカルバスを含む、任意の複数種のバス構造であってもよい。システムメモリは、読み出し専用メモリ(ROM)、読み書き可能なメモリ(RAM)、およびフラッシュメモリなどの、揮発性および/または不揮発性メモリの形態で、コンピュータ記憶媒体を含んでいてもよい。特定用途のソフトウェアは、磁気媒体、光学媒体、フラッシュメモリカード、デジタルテープ、ソリッドステートRAM(solid state RAM)、ソリッドステートROM(solid state ROM)などの、演算装置に含まれるか、または演算装置に演算装置にアクセス可能なシステムメモリまたは他の取り外し可能/取り外し不能な揮発性/不揮発性のコンピュータ記憶媒体に格納されていてもよい。データ処理装置10は、シリアルインターフェース、パラレルインターフェース、USBインターフェース、ワイヤレスインターフェース、ネットワークアダプタなど、ならびに、A/Dコンバータなどの、1つまたは複数のデータ取得装置などの、1つまたは複数の通信インターフェースを含んでいてもよい。特定用途のソフトウェアは、記録媒体および読み出し専用メモリを含む、任意の適切なコンピュータ読み取り可能な媒体において、制御ユニットまたはデータ処理装置に提供されてもよい。
The systems disclosed herein further include a control unit for determining whether the level of at least one gas inside the container has changed outside the container based on the detected transmitted optical signal. May include. All determinations or calculations described herein may be performed by a control unit or data processing device (not shown) connected to the detector. The control unit may be a data processing device and may be implemented by special purpose software (or firmware) running on one or more general purpose or special purpose computing devices. As used herein, each "element" or "means" of such computing device refers to the conceptual equivalent of a method step, and between the element/means and a particular part of the hardware or software routine. It should be understood that there is not necessarily a one-to-one correspondence. A piece of hardware comprises different means/elements. For example, a processing unit functions as one element/means when executing one instruction, but as another element/means when executing another instruction. Furthermore, one element/means may in some cases be executed by one instruction, while in some other cases it may be executed by multiple instructions. Such software-controlled computing units include, for example, CPUs (“central processing units”), DSPs (“digital signal processing units”), ASICs (“application-specific integrated circuits”), individual analog and/or digital components. , or some other programmable logic device such as an FPGA (field programmable gate array).
図5は、測定1000に関する模式図を示している。図は、2つの曲線を示し、漏れがある状態の1つの曲線400と、漏れがない状態のバックグラウンド(background)または容器である1つの曲線410である。増加した強度の吸収ピーク410は、漏れがあることを示す。
FIG. 5 shows a schematic diagram for
付加的に、いくつかの例では、バックグラウンド(background)410とピーク400との間の差分420を計算することによって、孔またはクラックの大きさなどの、漏れの大きさが見積もられてもよい。
Additionally, in some examples, by calculating the
図6は、密閉容器の健全性を判定する方法1100を示している。密閉容器は、少なくとも1種類のガスを含む。検出されるべき少なくとも1種類のガスは、容器の外部の周囲雰囲気に存在しないか、または、容器の内部でより高い濃度で存在するかのいずれかである。当該方法は、以下のステップを含む。
FIG. 6 shows a
光センサを用いて、容器の少なくとも1つの側部の外表面の少なくとも一部を跨いで、光信号を送信する1001。光センサは、容器の内部の少なくとも1種類のガスに感応する。 Sending 1001 an optical signal across at least a portion of an outer surface of at least one side of the container using an optical sensor. The optical sensor is sensitive to at least one gas inside the container.
送信される光信号を検出する1002。 Detecting 1002 a transmitted optical signal.
検出される光信号に基づいて、容器の内部の少なくとも1種類のガスが、容器の外部で検出されたかを判定する1003。 Determining 1003 whether at least one gas inside the container is detected outside the container based on the detected optical signal.
容器は、少なくとも1種類のガスを含む密閉バッグまたは密閉トレイであってもよい。いくつかの例は、調整雰囲気(modified atmosphere:MAP)を有する容器であってもよい。調整雰囲気は、たとえば、食品パッケージ、薬剤などの貯蔵寿命を向上させるために、パッケージにおいて一般的に用いられる。一般的に用いられるガスは、酸素(O2)量を低下させるための二酸化炭素(CO2)または窒素(N2)である。これは、好気性生物(aerobic organisms)の成長を鈍化させ、酸化反応を防止するために行われる。それゆえ、これらのパッケージを監視し、たとえば、パッケージング中に、漏れがないように確認することは、重要である。CO2およびN2とは別に、他のガスが、容器および製品によっては、同様に監視することができ、たとえば、特定の製品に対しては、酸素(O2)が、対象となってもよい。 The container may be a closed bag or tray containing at least one gas. Some examples may be a container with a modified atmosphere (MAP). Modified atmospheres are commonly used in packaging, for example, to improve the shelf life of food packaging, pharmaceuticals, and the like. Commonly used gases are carbon dioxide (CO 2 ) or nitrogen (N 2 ) to reduce the amount of oxygen (O 2 ). This is done to slow down the growth of aerobic organisms and prevent oxidative reactions. Therefore, it is important to monitor these packages and check for leaks, eg, during packaging. Apart from CO2 and N2 , other gases can be monitored as well, depending on the container and product, for example, for certain products, oxygen ( O2 ) may be good.
方法1100は、単一の容器に対して行われるか、または、コンベアベルトのように、直列式で行われてもよい。
方法のいくつかの例において、光センサは、光源および検出器であり、光は、光源と検出器との間で送信される。検出される光信号は、吸収信号である。センサの例は、たとえば、波長可変ダイオードレーザ吸収分光(Tunable diode laser absorption spectroscopy:TDLAS)であってもよい。 In some examples of methods, the optical sensor is a light source and a detector, and light is transmitted between the light source and the detector. The optical signal detected is an absorption signal. An example of a sensor may be, for example, Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS).
代替的に、いくつかの例では、光センサは、レーザ誘起蛍光(laser induced fluorescence:LIF)に基づいてもよい。検出される光信号は、分散スペクトル(disperse spectra)または励起スペクトル(excitation spectra)であり得る。LIFセンサは、レーザ誘起蛍光(laser induced fluorescence)を用いてもよい。 Alternatively, in some examples, the optical sensor may be based on laser induced fluorescence (LIF). The detected optical signal may be a disperse spectra or an excitation spectra. LIF sensors may use laser induced fluorescence.
感度を向上させるために、力は、容器の1つの側部に加えられる。力は、ローラまたはグライダなどの機械部材を用いて、加えられる。図7は、CO2の検出に基づく、システムを通過する、4つの漏れているトレイパッケージの例示的な測定結果を示す。パッケージは、頭隙において、増大するCO2のレベルを有し、小さな力を生成するローラを用いて、トレイの上部フィルムに圧力をわずかに加えられる。漏れているパッケージがシステムを通過すると、検出器は、ppm_m単位(ppmメートル(parts-per-million meter)のCO2)で測定される、この具体例では、パッケージの外部で増大するCO2のレベルにより、鋭いピークを記録する。各測定点は、300msの期間内での平均CO2信号を表す。 To improve sensitivity, force is applied to one side of the container. Force is applied using mechanical members such as rollers or gliders. FIG. 7 shows exemplary measurements of four leaking tray packages passing through the system based on CO 2 detection. The package has an increasing level of CO 2 in the head space and is slightly pressured against the top film of the tray using rollers that generate a small force. As the leaking package passes through the system, the detector detects the amount of CO 2 that builds up outside the package, measured in ppm_m (parts-per-million meters of CO 2 ), in this specific example . Depending on the level, sharp peaks are recorded. Each measurement point represents the average CO 2 signal within a period of 300 ms.
上述される例において、ガス濃度を絶対値で測定することは、必ずしも必要ではないことに留意すべきである。いくつかの例では、ガス濃度に関連する信号を測定することで、十分である。いくつかの例では、スペクトル信号は(spectroscopic signal)、ガス圧力に関連する。 It should be noted that in the examples described above, it is not necessary to measure the gas concentration in absolute values. In some instances, measuring a signal related to gas concentration is sufficient. In some examples, the spectroscopic signal is related to gas pressure.
いくつかの例では、少なくとも1つの基準容器が用いられ、基準容器は、漏れを有さないか、または、既知の特徴を示す漏れを有する。基準容器に対する測定は、その後の容器に対して測定される信号との比較のために用いられる基準信号(baseline signal)を提供する。 In some examples, at least one reference container is used, where the reference container has no leaks or has leaks exhibiting known characteristics. Measurements on a reference vessel provide a baseline signal that is used for comparison with signals measured on subsequent vessels.
本発明は、具体例を参照しながら、上述されている。しかしながら、上述されるもの以外の例が、本開示の範囲内で、同様に可能である。ハードウェアまたはソフトウェアによって方法を実施する、上述されるもの以外の異なる方法ステップが、本発明の範囲で提供することができる。本発明の異なる特徴およびステップは、説明されたもの以外の他の組み合わせで、組み合わせることができる。本開示の範囲は、添付される特許請求の範囲のみによって、限定されるものではない。 The invention has been described above with reference to specific examples. However, examples other than those described above are equally possible within the scope of this disclosure. Different method steps other than those described above can be provided within the scope of the invention, implementing the method by hardware or software. The different features and steps of the invention may be combined in other combinations than those described. The scope of the disclosure is not limited only by the claims appended hereto.
本明細書および請求の範囲において、ここに用いられる「1つの」という不定冠詞(「a」および「an」)は、それに反することが明確に示されていなければ、「少なくとも1つの」(「at least one」)を意味すると理解されるべきである。「および/または」(「and/or」)という語句は、そのように結合される要素の「いずれかまたは両方」(「either or both」)、すなわち、ある場合には接続して存在し、他の場合には分離して存在する要素を意味することを理解されるべきである。 In this specification and the claims, the indefinite articles "a" and "an" as used herein refer to "at least one" ("a" and "an"), unless it is clearly indicated to the contrary. "at least one"). The phrase "and/or" refers to "either or both" of the elements so conjoined, i.e., when present in conjunction; It should be understood that in other cases it refers to separately present elements.
Claims (14)
前記方法は、
前記容器の少なくとも上表面の一部に機械的な力を加えることと、
光センサを用いて、前記容器の少なくとも1つの側部の外表面の少なくとも一部を跨ぐ光信号を送信することであって、前記光センサは、前記容器の内部の前記少なくとも1つのガスに感応し、前記光センサが、波長可変ダイオードレーザである光源、および検出器を備え、前記光信号が、前記光源と前記検出器との間で送信される、前記光信号を送信することと、
送信された前記光信号を検出することと、
波長可変ダイオードレーザ吸収分光(TDLAS)信号である、送信されて検出された前記光信号に基づいて、前記容器の内部の前記少なくとも1つのガスのレベルが、前記容器の外部を変化させたかを判定することと
を含む、方法。 A method for determining the health of a sealed container containing at least one gas, the method comprising:
The method includes:
applying a mechanical force to at least a portion of the upper surface of the container;
using an optical sensor to transmit an optical signal across at least a portion of an outer surface of at least one side of the container, the optical sensor being sensitive to the at least one gas inside the container; transmitting the optical signal, the optical sensor comprising a light source that is a wavelength tunable diode laser, and a detector , the optical signal being transmitted between the light source and the detector;
detecting the transmitted optical signal;
determining whether the level of the at least one gas inside the container has changed outside the container based on the transmitted and detected optical signal , which is a Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) signal; A method, including doing.
前記容器の少なくとも上表面の一部に機械的な力を加えるための部材と、
前記少なくとも1つのガスに感応する光センサであって、前記光センサは、前記容器の少なくとも1つの側部の外表面の少なくとも一部を跨いで光信号を送信するように構成され、前記光センサが、波長可変ダイオードレーザである光源、および検出器を備え、前記光信号が、前記光源と前記検出器との間で送信される、光センサと、
波長可変ダイオードレーザ吸収分光(TDLAS)信号である、送信されて検出された前記光信号に基づいて、前記容器の内部の前記少なくとも1つのガスのレベルが、前記容器の外部を変化させたかを判定するための制御ユニットと
を備える、システム。 A system for determining the health of a sealed container containing at least one gas, the system comprising:
a member for applying mechanical force to at least a portion of the upper surface of the container;
an optical sensor sensitive to the at least one gas, the optical sensor configured to transmit an optical signal across at least a portion of an outer surface of at least one side of the container; a light source that is a tunable diode laser, and a detector, the light signal being transmitted between the light source and the detector;
determining whether the level of the at least one gas inside the container has changed outside the container based on the transmitted and detected optical signal , which is a Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) signal; A system comprising a control unit for
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